母差保护基本原理[教育类别]

1、SHENZHEN CLOU ELECTRONICS CO., LTD. 母差保护的原理 主讲人：刘永佩 母线故障是最严重的电气故障之一，因为它与 各个电气元件相联。母线保护装置是正确迅速切除母 线故障的重要手段，它的拒动或误动将给电力系统带 来严重危害。 我国电网中使用的母线保护类型较多， 从元器件 构成上大致可分为整流型、集成电路型和微机型。 一、母线保护的基本原则一、母线保护的基本原则 1、在正常运行以及母线范围以外故障时，母线上所 有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等。 用等式表示就是： 0； 2、当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都 向故障点提供电流，而所有供电给负荷的连接元

2、 件中电流都等于零。因此， f(短路点的总电流) 3、从电流相位上看，正常运行或外部故障时，至少 有一个元件的电流与其他元件电流相位相反。而 内部故障时，除电流等于零的元件外，其他元件 中的电流则是同相位的。 三、双母线同时运行时的母线保护三、双母线同时运行时的母线保护 在发电厂及重要变电站的高压母线上，一般采 取双母线同时运行（母联开关投入）的方式， 每组母线连接部分（大约1/2）负荷和电源元件。 当一条母线故障时，将只影响到一半的负荷。 此时，必须要求母线保护具有故障选择能力。 根据实现方法不同，分为 固定连接方式的母线完全电流差动保护 母联电流相位比较式母线差动保护 四、固定连接方式的母

3、线完全电流差动保护四、固定连接方式的母线完全电流差动保护 双母线同时运行方式，按照一定要求，将引 出线和有电源的支路固定连接于两条母线上。 这种母线的完全差动保护称为固定连接方式 的母线完全差动保护。 优点： 1、接线简单，调试方便，运行人员容易掌握； 2、元件固定时，有很好的选择性。 3、母联断开后，仍有选择能力，母线先后故 障，也能可靠动作。 固定连接方式的母线完全电流差动保护原理图固定连接方式的母线完全电流差动保护原理图 固定连接方式的母线完全差动保护固定连接方式的母线完全差动保护 缺点： 1、固定连接破坏时，无选择能力，将切除两 条母线。 2、因要躲外部故障时的最大不平衡电流，灵 敏度

4、较低。 3、由于采用了速饱和变流器，动作时间较慢， 不能快速切除故障。 二、母联电流相位比较式母线差动保护二、母联电流相位比较式母线差动保护 这种保护是在具有固定连接元件的母线电流差 动保护的基础上改进而来的。它利用比较母联 开关中的电流与总的差电流的相位作为故障母 线的选择元件。 当一母故障时，故障电流从二母通过母联流向 一母。当二母故障时，故障电流从一母通过母 联流向二母。而总差流是反映母线故障的，相 位不变，因此，只要母联有电流流过，选择元 件就能正确动作。 二、母联电流相位比较式母线差动保护二、母联电流相位比较式母线差动保护 优点： 不要求元件固定连接于母线，可大大提高母线运 行方式的

5、灵活性。 缺点： 1、正常运行时母联必须投入运行； 2、如果母联拒动，将造成非故障母线通过母联向故 障母线提供短路电流，故障不能切除； 3、如果在母联开关和母联TA之间故障，将会切除 非故障母线，而故障母线不能切除。 4、双母线继故障时，只能切除先发生故障的母线， 后故障母线因母联断开，不能切除。 三、电流相位比较式母线保护三、电流相位比较式母线保护 无论是电流差动母线保护还是比较母联断路器的 电流相位与总差动电流相位的母线保护，其启动 元件必须躲开外部故障时的最大不平衡电流。当 不平衡电流过大，装置的灵敏度就不能满足要求。 因此，出现了电流相位比较式母线保护。 电流相位比较式母线保护是根据母

6、线在内部故 障和外部故障时个连接元件电流相位的变化来实 现的。 三、电流相位比较式母线保护三、电流相位比较式母线保护 1、外部故障时，I1和I2流入 母线，I3流出母线，流入和 流出大小相等，方向相反。 2、内部故障时， I1和I2 、I3 均流向母线。如果电源的电 动势同相，三支路短路阻抗 角相同，则三电流同相，相 角差0。 因此，可用比相元件来判断 是否母线故障。由于它只反 应电流间相位，因此具有较 高的灵敏度。 I1 F1 外部短路 F2 内部短路 I2I3 I1 I2I3 电流比相式保护的缺点：电流比相式保护的缺点： n 当两条母线所接电源严重不平衡时，大电源所在母 线内部故障，小电源

7、提供母联电流不能启动继电器 时，母差将拒动； n 母联TA为单侧设置时，在母联与TA之间发生故障， 故障母线不能快速切除； n 双母线分裂运行时，动作失去选择性；动作时间较 长，当TA严重饱和时，可能失去选择性。 n 从电网的发展来看，无论是从性能上还是运行维护 等方面，该保护都越来越难以满足要求。 四、母差保护回路中的电压闭锁四、母差保护回路中的电压闭锁 为了防止差动继电器误动作或误碰出口中间继 电器导致母差保护误动作，广泛采用了电压闭锁元 件。它利用每组母线上的TV二次上的低电压继电器 和零序过压继电器实现。接线原理图如下： TJ YJ0 跳闸 YJ1 + 第五章第五章 典型母差保护装置介

8、绍典型母差保护装置介绍 第五章第五章 典型母差保护装置介绍典型母差保护装置介绍 第五节第五节 微机型母线保护装置微机型母线保护装置 传统电磁继电器式母线保护具有接线复杂，调 试麻烦、运行维护困难、继电器特性离散值大的弊 端。 随着微机保护技术的发展，逐渐发展起来一批 新型的微机母差保护装置，经过最近几年在系统内 的运行，具有可靠性高、接线简单、调试简单、运 行维护简单等诸多优点。我们以南瑞继保公司出品 的RCS-915系列为例说明微机母差保护的特点。 RCS-915A/B型母线保护装置型母线保护装置 CPUCPU板：板： 完成保护的逻辑和跳闸出口功能，同 时完成事件记录及打印、后台通讯等工作。

9、 管理板：管理板： 设总起动元件，起动后开放出口继电 器的正电源，同时完成故障录波功能。 二、硬件结构 RCS-915A/B型母线保护装置型母线保护装置 三、母差保护原理： 1、TA极性要求： 2、差动回路的大差、小差之分： 大差回路是指除母联开关和分段开关外所有 支路电流所构成的差动回路。 小差回路是指该段母线上所连接的所有支路 （含母联和分段） 大差回路判别母线区内还是区外故障，小 差回路用以故障母线的选择。 各出线TA同名端在母线侧，母联TA同名端在一 母侧。 RCS-915A/B型母线保护装置型母线保护装置 母差保护动作说明： 1、起动元件： a、电压工频变化量元件电压工频变化量元件：

10、任意相电压工频变 化量大于门坎时动作。 b、差流元件差流元件：任一相差流大于起动定值时动 作。 2、比率制动元件：差动门坎随制动电流的变化成比 率变化。（差动电流为各分支电流相量和的有效 值，制动电流为各分支电流相量的有效值之和。） 3、故障母线选择元件：根据各分支刀闸位置开入计 算母线小差电流，作为故障母线选择元件。 RCS-915A/B型母线保护装置型母线保护装置 4、TA饱和检测元件：防止TA严重饱和后保护误动。 TA饱和后闭锁差动保护，但差动元件动作500ms后 退出所有的抗饱和措施。为了防止在某些复杂故 障情况下保护误闭锁导致拒动。 5、电压闭锁元件：母线故障时必然伴随着正序电压 下

11、降、负序电压或零序电压上升。保护跳闸时必 须经过相应母线的电压闭锁元件。 RCS-915A/B型母线保护装置型母线保护装置 四、母联充电保护 当任一组母线检修后再投入之前，利用母联 断路器对该母线进行充电试验时可投入母联 充电保护，当被试母线有故障时由充电保护 切除故障。 & 300 1 & 1 & & CDBS 闭锁母差 跳母联 母联TWJ 两母线均有压 母联母联IAIdz 母联母联IBIdz 母联母联ICIdz 母联母联IA0.04In 母联母联IB0.04In 母联母联IC0.04In RCS-915A/B型母线保护装置型母线保护装置 五、母联失灵与母联死区保护： 只有母差保护和母联充电保护才起动母联失灵保 护。 当保护向母联发跳闸命令后，经整定延时母联电 流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护 经两母线电压闭锁后切除两母线上所有连接元件 若母联开关和母联TA之间发生故障，母联跳开后 故障仍然存在。母联死区保护在差动保护跳开母 联后母联TA仍有电流，且大差、小差元件不返回， 延时100ms跳开另一条母线。 RCS-915